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几种阴离子配体和细菌对土壤胶体和矿物吸附DNA的影响

朱俊  
【摘要】: 本文以我国暖温带和亚热带地区代表性土壤-棕壤和红壤为材料,研究了革兰氏阳性的苏云金芽孢杆菌(B. thuringiensis)和革兰氏阴性的恶臭假单胞菌(P. putida)以及酒石酸根、柠檬酸根和磷酸根等有机、无机配体对DNA在土壤胶体和代表性矿物表面吸附的影响,为阐明DNA在土壤环境中的存在状态、与土壤组分的结合机制、最终归宿及其生态环境效应提供科学依据。主要结果如下: 1.B. thuringiensis和P. putida在相应pH条件下对DNA的最大吸附量相当,在pH 7.0时分别为7.79μg mg~(-1)和7.29μg mg~(-1),在pH 5.5时分别为10.59μg mg~(-1)和10.39μg mg~(-1),P. putida对DNA的吸附亲和力在两种pH条件下都强于B. thuringiensis;两种细菌对DNA的吸附量均随着体系pH的升高而降低。 2.两种细菌对DNA在土壤胶体表面的吸附容量和吸附亲和力的影响差异显著。B. thuringiensis使棕壤胶体和红壤胶体对DNA的吸附容量均成倍增加,而吸附亲和力均显著减弱。P. putida使棕壤胶体对DNA的吸附容量增加88.4~90.7%,吸附亲和力在含有机质体系降低,在去有机质体系增大;在红壤胶体体系中,P. putida使含有机质体系的吸附容量减小21.5%,吸附亲和力在含有机质体系增大,在去有机质体系减小。 3.B. thuringiensis降低蒙脱石对DNA的最大吸附量,而P. putida使其吸附DNA的容量增大,两种细菌均使蒙脱石对DNA的吸附亲和力减弱。B. thuringiensis使高岭石和针铁矿对DNA的吸附容量增大,DNA的吸附亲和力减弱;P. putida使两种矿物对DNA的吸附容量降低,吸附亲和力在pH 7.0的体系中增强,在pH 5.5的体系中减弱。 4.通过Tris-HCl/NaAc-HAc缓冲液、氯化钠、磷酸钠缓冲液对细菌细胞、土壤胶体和矿物及其细菌复合物表面吸附态DNA的连续解吸,表明DNA在细菌细胞表面主要通过静电作用吸附;在土壤胶体和矿物-细菌复合体系中,DNA的静电吸附作用比例增大,配位交换吸附的比例减小。但在pH 5.5的高岭石体系中,细菌的复合使DNA通过静电作用和配位交换作用吸附的比例均增大。 5.pH 7.0时,在棕壤胶体和针铁矿表面,磷酸、柠檬酸和酒石酸配体在整个供试浓度范围内(0~200/0~80 mmol L~(-1))均抑制DNA的吸附,配体抑制效率的强弱为磷酸根>柠檬酸配体>酒石酸配体。在蒙脱石表面.配体对DNA的吸附也都起抑制作用,三种配体的抑制效率相当。而在高岭石表面,配体在较低浓度(0~10 mmol L~(-1))时抑制DNA的吸附,在较高浓度(10~200/80 mmol L~(-1))时促进DNA的吸附,磷酸根的促进效率大于酒石酸和柠檬酸配体。阴离子配体对DNA在棕壤胶体表面吸附的抑制作用可能主要与其含有丰富的2∶1型矿物有关。 6.pH 5.5时,在红壤胶体表面,磷酸和柠檬酸配体在较低浓度(0~10/20 mmol L~(-1))时抑制DNA的吸附,在较高浓度(10~200/20~80 mmol L~(-1))时促进DNA的吸附。磷酸(0~200 mmol L~(-1))和柠檬酸配体(0~80 mmcl L~(-1))抑制DNA在针铁矿表面的吸附,促进蒙脱石和高岭石对DNA的吸附,磷酸根对针铁矿吸附DNA的抑制效率强于柠檬酸配体。在供试浓度范围,酒石酸配体对土壤胶体和矿物表面DNA的吸附均起持续的促进作用。三种配体在高岭石和蒙脱石表面促进效率的强弱为:酒石酸配体>磷酸根>柠檬酸配体。可以认为,阴离子配体在低浓度时对DNA在红壤胶体表面吸附的抑制作用可能与其所含的铁氧化物有关,而高浓度时的促进作用可能主要是由于其富含高岭石矿物。 7.DNA先于配体、后于配体和与配体同时加入供试体系的三种加入顺序对DNA吸附的影响随着土壤胶体和矿物体系的不同而不同。pH 7.0的条件下,在棕壤胶体和针铁矿表面,DNA先于配体加入时具有最大的DNA吸附量,而在蒙脱石和高岭石体系中,配体先于DNA加入时DNA的吸附量最大。pH 5.5的条件下,在含有机质红壤胶体和针铁矿表面,DNA先于配体特别是磷酸和柠檬酸配体加入时具有最高的DNA吸附量,而在去有机质红壤胶体、高岭石和蒙脱石表面,三种配体先于DNA加入时DNA的吸附量最高。


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